Методика решения задачи 3

Расчет ведется по методике [4, 12].

7.3.1 Материальный баланс колонны-стабилизатора

Уравнение материального баланса по потокам:

Количество дистиллята, кг/год:

Количество пара, идущего сверху колонны, кг/год:

Рисунок 5 - Расчетная схема колонны-стабилизатора

7.3.2 Тепловой баланс колонны-стабилизатора

Тепло, которое отбирается в конденсаторе-холодильнике, кВт:

где H_V, h_D – энтальпия соответственно пара, выходящего из колонны, и дистиллята при температуре t_f, кДж/кг.

Общее количество теплот, поступающих в колонну с жидкой сырьем (Q_f), острым орошением Q_R и из кипятильника Q_кип, идут с парами Q_V и с остатком Q_w, кВт:

.

Количество теплоты, подаваемой в кипятильник, кВт:

где h_w, h_w', h_D' – энтальпия соответственно остатка при температурах t_w і t_f, дистиллята при температуре t_R, кДж/кг.

Значения H_V, h_D, h_w, h_w', h_D' избираются по данным рис. А.4 (приложение А).

7.3.3 Определение диаметра верхней части колонны

При холодном остром орошении максимальные расходы встречных потоков жидкости и пара сосредотачиваются на сечении колонны под первым сверху тарелкой.

Максимальный расход жидкости потока на основе теплового баланса для верхней тарелки, кг/год:

где h_R - энтальпия жидкого потока при температуре t_D, кДж/кг (приложение А, рис. А.4).

Максимальный расход пара поднимается по колонне, кг/год:

Объемный расход пара, м³/год:

где z – коэффициент сжатия пара, z =0,89 [12]; M_D – молекулярная масса дистиллята кг/кмоль; M_D =53 кг/кмоль [12]; р₀ – атмосферное давление в колонне при нормальных условиях, МПа.

Плотность пара, кг/м³:

Допустимая скорость пара в верхней части колонны с колпачковыми тарелками, м/с:

где С – коэффициент, который выбирается в зависимости от расстояния между тарелками (приложение А, рис. А.5); ρ_р – плотность жидкого потока (по Н-бутаном) при температуре t_D, кг/м³ [30].

На основе практических данных для колонны стабилизации бензина расстояние между тарелками h_m =0,6 м [12].

Площадь сечения, м², и диаметр верхній части колоны, м:

7.3.4 Определение диаметра нижней части колонны

Количество парового потока, поступающего из кипятильника, кг/год:

где Н_V ' – энтальпия пара при температуре, t_w, кДж/кг (приложение А, рис. А.4).

Объемный расход пара при температуре t_w, м³/год:

Возьмем коэффициент сжатия пары z =0,78; молекулярная масса остатка M_w =97 кг/кмоль [12].

Плотность пара, кг/м³:

Плотность жидкости, кг/м³:

где γ – средняя температурная поправка, для нефтей и нефтяных фракций, отсюда

В данном разделе приводятся чертежи аппарата, его характеристика и основные габаритные размеры.

Рисунок 6 – Колонна-стабилизатор: 1 – корпус; 2 – тарелка масообменна; 3 – опора; 4 – крышка; 5 – люк технологический

Допустимая скорость пара в нижней части колонны с колпачковыми тарелками, м/с:

.

Площадь сечения, м², и диаметр нижней части колонны, м:

7.3.5 Определение высоты колонны

Высота колонны, м:

где H_к – высота от днища до нижней тарелки, м;

Н_т – высота масообменной части колонны-стабилизатора, м;

H_с – расстояние между верхней тарелкой и кришкой колонны-стабилизатора, м.

Значения Н_т определяется следующим образом:

где h_m – расстояние между тарелками, м.

В связи со сложностью определения количества тарелок расчетным путем для ректификационной колонны нефти и нефтяных фракций необходимо ориентироваться на практические данные, полученные на колоннах соответствующих действующих промышленных установок [1, 2, 8, 14, 19].

На основе практических данных для колонны стабилизации бензина количество практических тарелок N = 40 [12].

Значения H_к та H_с определяются в зависимости от диаметра колонны по данным [38].

7.3.6 Определение габаритных размеров колонны (эскизы и выводы).

В данном разделе приводятся чертежи аппарата, его характеристика и основные габаритные размеры.